ZJ116卷接机组刀盘驱动部套热交换器渗油问题分析与解决

摘要：分析了ZJ116卷接机组刀盘驱动中热交换器渗油及传动箱体温升偏高的原因，制定了改变节流嘴孔径和传动箱体内部尺寸的解决方案，实验表明该热交换器已无渗油问题，传动箱体平均温升由32.25℃降低到25.1℃，提升了刀盘驱动的运行质量。

关键词：ZJ116卷接机组刀盘驱动;热交换器;传动箱体;渗油;温升偏高;节流嘴;泵吸作用;试车台

引言

ZJ116超高速卷接机组（以下简称ZJ116）是当今世界上最先进的卷接产品之一，其生产技术的消化吸收为国家烟草专卖局“超高速卷接包机组研制重大专项工作”的重要组成部分。刀盘驱动是该机组一个关键部套，它承担着烟支切割的功能。该部套在生产初期运行质量不稳定，出现热交换器渗油和传动箱体温升偏高的问题，严重影响了项目的推进工作，我们经过反复探索和多批次的试验，探索出较好的解决办法，提升了本部套的运行质量。

1.刀盘驱动简介

图1为刀盘驱动结构示意图，电机驱动同步带轮，由带轮带动连轴节 、主传动齿轮和从动齿轮，从而带动刀盘旋转以实现烟支切割运动。主传动齿轮和从动齿轮均为圆弧齿轮，设备运行时，一部分润滑油（以下简称油）流在从动齿轮的顶部，由于齿轮旋转，在惯性力的作用下，油飞溅到主动齿轮上，从而润滑齿轮传动副;一部分油通过油管润滑轴承，最后所有的油均流到传动箱体的底部，再由回油管流出。热交换器高于传动箱体600mm，用于传动箱体内油气的排出，一根排气管将传动箱体同热交换器连接起来，同时热交换器连接一根冷凝回油管用于热交换器的冷凝油的回流。

2.存在问题及原因分析

2.1存在的问题

ZJ116在运行4小时以后，热交换器的热交换孔有小量油冒出（渗油），冷凝回油管有10 mL/min的油回流，同时传动箱体的温升约32℃（国家标准40℃[1]），同等运行情况下的ZJ17接机组为27℃，比ZJ17高了5℃。

2.2原因分析

2.2.1由于传动箱体的进油量大于回油孔的排油量，使得传动箱体内的油不断增多导致油从油气管进入热交换器，当油量大于热交换器冷凝回油管的排油量就会有油从热交换器的气孔溢出。

2.2.2传动箱体内两个型腔之间的底部加强筋尺寸H过大（见图2），造成齿顶浸泡在油中，使得从动齿轮型腔底部积累油，在齿轮右侧形成封闭油腔，当齿轮旋转时，在齿轮和箱体壁之间就会形成泵吸作用，产生油压。

2.2.3逆时针旋转（从刀盘前面往后看），如果从动齿轮与箱体壁之间间隙过小，在齿轮和箱体壁之间就会形成泵吸作用，产生油压。

2.2.4润滑油滞留在油箱内，带走热量减小，冷却效果降低，同时齿轮转动反复搅拌润滑油产生大量热量，两种因素共同作用造成温升偏高。

3.解决方法及步骤

3.1确定合理进油量

润滑油用于润滑、冷却[2]，油量过大会形成排油不畅，油量过小，冷却效果会降低，温升会增大，因此需要确定合理进油量。

我们对ZJ17和ZJ116刀盘驱动的实际进油量进行了测量（见表1），ZJ17产品长期生产且质量稳定，说明冷却效果良好，其实际进油量可以当作理想进油量。ZJ17和ZJ116刀盘驱动结构和载荷基本一致，我们根据转速比，确定ZJ116理想进油量 ：

=（2000/1750） ×29=33（ mL/min）。

表1   ZJ17及ZJ116刀盘驱动润滑油量比较表

3.2确定节流嘴节流孔直径d

为控制进油量，进油口装配了一个节流嘴。原有节流嘴孔径φ1，进油量41mL/min，由于油压不变，为保证理想进油量（ ）33mL/min，需要采用更小孔径的节流嘴，因此新节流嘴节流孔直径d为：

d=（33/41） ×φ1=φ0.805（mm）

因此选用φ0.8mm的节流嘴。

3.3制定传动箱体内两个型腔之间的加强筋的高度H

润滑油由从动齿轮箱底流向主动齿轮型腔属于孔口出流中的淹没出流[3]，流量计算公式[3]为：

Q= =μA           （1）

式中μ=0.62[3]，A= ×0.01m（传动箱体过油截面宽度），g=9.8m/s2，  为过油截面高度。

由（1）得： =0.73mm

齿轮的齿顶圆直径为φ121.9mm，油面应低于齿顶圆所以：

H≤120-121.9/2-0.73≤58.32（mm）

3.4制定從动齿轮处传动箱体型腔直径D1

原有D1为φ140mm，由于泵吸作用的油量不大，我们可以利用实验装置测定。

3.5设计刀盘驱动试车台

为验证改进方案，我们设计了刀盘驱动试车台

（见图3），主要具备以下功能：

3.5.1完全模拟刀盘驱动在设备中的工作状态，保证热交换器与刀盘驱动之间的相对高度600mm。

3.5.2独立供油系统，油量可调。

3.5.3电机采用伺服驱动，保证无级变速。

3.5.4交换器与刀盘驱动之间用透明油管连接，一旦有油压形成，便可马上发现，缩短实验时间，调高效率。

3.6实验步骤

3.6.1控制进油量

将入油孔节流嘴由φ1mm改为φ0.8mm，调节供油系统，保证供油量为33mL/min。

3.6.2控制传动箱体内两个型腔之间的加强筋的高度H

（1）由4.3计算可知H≤58.32mm， 由于过油截面只能用砂轮修整，留有圆角，不是长方形，再加上从轴承来的油量，经过试验表明将H定位56mm较好。

（2）为便于检测，设计专用检测工装，见图4。

（3）我们对3个零件进行实验，无泵吸现场发生，也无强度不够、零件变形等质量问题。

3.6.3控制传动箱体内

我们将D1原有尺寸为φ142mm，我们按φ143mm、φ143.5mm、φ144mm、φ144.5mm和φ145mm分别试验，经实验证明D1=φ144时透明油管无上升油产生，即无泵吸现象。为稳妥起见，我们将D1选定为φ145mm。我们对3个零件进行实验，无泵吸现场发生，也无强度不够、零件变形等质量问题。

4.改进效果

4.1经过连续8台机组验证均无渗油问题发生;

4.2我们对攻关前后的温升（试车8小时后）进行对比（见表2）

表2  刀盘驱动温升情况对比表

从表中可以看出，ZJ116的温升由平均32.25℃降低到25.1℃，优于ZJ17的27℃，低于国家标准40℃。

5.结语

渗油问题实际上由于进油量过大、加上传动箱体与齿轮齿顶之间间隙过小、加强筋过高所引起，温升过高由于油路不畅，散热不好所致。通过攻关活动，既解决了刀盘驱动热交换器渗油问题，又降低了传动箱体的温升。本项目成果已经在新设备和大修设备上全面推广应用，不但提升了刀盘驱动的运行质量，而且对提高ZJ116卷接机组的使用质量具有重要意义，为国家烟草专卖局重大专项工作的顺利推进做出了贡献。

参考文献：

[1]赵伟志 龚美华 朱成生.烟草机械通用技术条件[M].国家烟草专卖局，2006：4

[2]濮良贵 纪名刚.机械设计[M]. 北京：高等教育出版社，2010：52.

[3]刘鹤年.流体力学 [M].北京：中国建筑工业出版社，2005：174-177.

作者简介：许兵（1985-），男，工程机械专业学士，助理工程师，现主要从事烟草卷接机械产品装配调试和装配检测技术工作。